JAVA EE_网络原理_网络层

                                      

晨雾散尽，花影清晰。

                                                                        ​​​​​​​               ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​        ​​​​​​​               ----------陳長生.

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1.IP协议

1.1.基本概念

        IP协议是网络层的核心协议，负责将数据从一端传送到另一端

        

主机：有IP标识，但没有路由选择

路由：既有IP标识也有路由选择

节点：图中的任意一个图形都为节点（即任意主机和路由器）

1.2.协议头格式

4位版本：指IP协议版本，标识IPv4，目前常用的有IPv4和IPv6。

4位首部长：以4字节为单位表示IP头部长度。

8位服务位：实际上只有4位服务位，分别是最大吞吐量（传输速率），最小延迟（发送和接受数据的时间），最高可靠性（减少丢包率），最小成本（对应时间内消耗最少），4个服务位具有唯一性，也就是同一时间只有有一个服务位进行。

16位总长度：长度为64kb的长度，当超过64kb就会进行数据分组。

16标识：会为分组后的数据包提供IP报头，便于后续重组数据。

13位片偏移：为传输的数据保证顺序性。

3位标志位：有一位不使用，有一位禁止分片，有一位作为数据传输的结束标志。

8位生存时间：数据在传输时，会经历多个路由点，我们将数据传送到下一个路由器位“下一条”，那么8位生存时间一般表示为32/64/128跳，如果超出了，那么就丢弃该数据包。

8为协议：描述当前的数据包应该使用哪种协议。

16位首部校验和：用于校验数据包是否正确，如JAVA EE_网络原理_UDP与TCP-CSDN博客中讲解的校验和相同。

2.地址管理

2.1.网络划分

可将网段划分为网络号和主机号

网络号：相同局域网中的网络号必须相同，不同局域网中的网络号必须不同。

主机号：相同局域网中的主机号必须不同（若相同会产生两个一样IP地址的主机，那么这两台主机就会竞争一个IP地址而导致上不了网），不用局域网中的主机号可以相同。

我们有可以将网络划分为3类

A类:8位网络号，24位主机号（大范围）

B类:16位网络号，16位主机号（中范围）

C类:24位网络号，8位主机号（小范围）

2.2.特殊的IP地址

网络号：主机位全为0，代表该段的整段子网

广播地址：主机位全位1，代表该段子网的广播IP，往这个IP上发送数据，该段子网的其他IP也能接收0到

环回地址：IP为127.0.0.1，可以自己发送数据自己接收，一般用于测试，例如：本地服务测试，网络协议验证，开发调试，安全隔离

2.3.私有IP地址和公网IP地址

2.3.1.私有IP地址

         即局域网中使用的IP地址

地址范围可分为：

• 10.*
• 127.16.*~127.32.*
• 192.168.*

2.3.2.公网IP地址 

        除了私网中的范围其余都是公网IP地址

2.4.IP地址的数量和限制

        目前最常用的为IPv4，它的数量为2^32 大约45亿左右，这个数量在早期的网络环境中是完全够用的，但随着网络越来越发达，IP地址愈发紧张，那么总有办法来缓解IP紧张的问题。

2.4.1.动态分配IP地址

        因为地球不同的地方有时间差，就举例中国和美国，昼夜颠倒，当中国人晚上休息的时候，他们手机上的IP地址是空闲的，但因为时间差，美国这时候就就为白天，使用手机和电脑的人就多了，那么就可以将中国地区的IP地址暂时给美国地区的人使用，这便是动态分配IP。

        这个办法在早期是有用的，但是人口越来越多，这种办法也没法有效缓解IP紧张的情况。

2.4.2.NAT机制（网络地址映射）

假设有A和B两个设备

1. 在相同局域网中，A和B设备可以直接通信。
2. 在不同局域网中，A和B不能直接通信。
3. 若A为内网的IP，B为外网的IP，A可以访问B，B不能访问A（应为外网B是唯一的，但内外A不是唯一的，所以B不知道要访问哪个A）,但是B可以通过A的访问路径来找到A

2.4.3.路由选择

        路由选择是一种探索式，启发式的发送数据的方式，一个路由器不知道数据目的地的时候，会向相邻路由器发送数据，此时相邻的路由器也不知道数据目的地，于是又向相邻路由器发送数据，当发送次数超出最大限制时，就会停止发送，丢弃该数据。

以下面为例：              长生与小美是异地恋，都处于不同的位置，那么他们在网络上聊天的时候，数据就会从长生位置的路由器开始找对方位置，如果找不到，那么就会往更大的范围的路由器去找，依次到Y1省时，它知道小美在X1省，那么就会向X1省发送数据，此时依次向下路由器寻找，直到找到小美所在的区域。